m và ∗ h là khối lượng hiệu dụng của electron và lỗ trống Vị trí ức Feri trong VLBD tinh khiết
2.2.5 Vật liệu bán dẫn cĩ liên kết dạng AIIIB
Tinh thể bán dẫn cĩ thể được tạo thành bằng những nguyên tử của nguyên tố hĩa trị III và của nguyên tố hĩa trị V; kí hiệu là AIIIBV.
Hợp chất AIIIBV là loại vật liệu cĩ triển vọng, bởi vì nĩ cho phép lựa chọn rộng rãi các tham số của vật liệu ban đầu (bề rộng vùng cấm, độ linh hoạt hạt dẫn, …) để tạo ra các dụng cụ bán dẫn. Chúng cĩ cấu trúc sfalerit tương tự với cấu trúc của kim cương, chỉ khác là bản chất và kích thước các phần tử trong cấu trúc khác nhau. Phương pháp chủ yếu để cĩ hợp chất AIIIBV là cho các thành phần tác dụng trực tiếp trong chân khơng hay trong khí trơ.
Vật liệu bán dẫn dạng này thơng dụng nhất là GaAs. GaAs cĩ cấu trúc tinh thể sfalerit (hay blenzo kẽm)
Ga là nguyên tố hiếm, được điều chế từ tinh quặng kẽm. Là kim loại mềm màu trắng. Các electron xếp trên 4 lớp, vỏ ngồi cùng cĩ 3 electron hĩa trị, bán kính nguyên tử 1,81A0.
As được điều chế từ FeAsS. Các electron sắp trên 4 lớp, vỏ ngồi cùng cĩ 5 điện tử hĩa trị, bán kính nguyên tử là 1,33A0
Mật độ nguyên tử Ga trong tinh thể GaAs :
322 22 3 8 3 3 (10 ) 2,2.10 ) 65 , 5 ( 4 4 = − = − = cm a NGa
Mật độ nguyên tử As trong tinh thể GaAs:
322 22 3 As 2,2.10 cm a 4 N = = − Hằng số tinh thể: a= 5,63 A0
Năng lượng vùng cấm: Wg=1,43(eV)
Độ linh động: μn= 0,85 và μp=0,04 (
Vs m2
) Mật độ tinh khiết: ni=9.1012(m-3)
-Độ linh động của electron của GaAs lớn hơn độ linh động của electron của Silic với tỉ lệ gần 10 lần. Nếu điện trường bằng nhau thì electron trong GaAs sẽ di chuyển nhanh hơn, thời gian chuyển mạch ngắn hơn. Ứng dụng để làm transistor làm việc với tần số cao.
-Vì năng lượng vùng cấm lớn hơn so với Silic, Giecmani nên cĩ thể làm việc đến 3000C (Silic-2000C, Giecmani-1000C). Ứng dụng làm vi mạch chất lượng cao. -Electron chuyển động từ vùng dẫn trở về vùng hĩa trị trong tinh thể GaAs cĩ thể phát ra ánh sáng. Trái lại ở Silic, Giecmani thì phát ra nhiệt. Do đĩ, được dùng để chế tạo linh kiện hiển thị điện áp thấp.
GaAs dùng để chế tạo laze bán dẫn, diot quang kích thước nhỏ, cấu trúc đơn giản. Để nhận được GaAs (nĩi chung cho VLBD AIII BV ) cần tổng hợp AIII và BV bằng sự nấu chảy trực tiếp. Sau đĩ là các bước tương tự như với Silic: rửa sạch tinh thể- pha tạp chất-trồng đơn tinh thể…..
Vật liệu bán dẫn AIIIBV cĩ tạp chất
-Đưa vào nguyên tố hĩa trị II (ví du: Zn) thì GaAs trở thành VLBD loại p -Đưa vào nguyên tố hĩa trị VI (ví du: Selen) thì GaAs thành VLBD loại n
-Đưa vào nguyên tố hĩa trị IV (ví du: Silic ) thì tùy vào vị trí của Silic trong tinh thể GaAs mà ta cĩ VLBD loại p hay loại n
+Nếu Silic thay thế As thì GaAs là VLBD loại p +Nếu Silic thay thế Ga thì GaAs là VLBD loại n
Cơng nghệ cấy ion đưa chùm tia Silic cấy vào tinh thể GaAs. Sau khi được ủ ở 8000C, các nguyên tử Silic thay thế Ga để GaAs thành loại n.
Tính dẫn điện của GaAs khơng những phụ thuộc vào hĩa trị của tạp chất đưa vào mà cịn phụ thuộc vào vị trí nguyên tử tạp chất trong tinh thể Ga.
Các chất InIII, PV, SbV, AlIII, khi đưa vào GaAs sẽ tạo thành VLBD ghép cĩ tạp chất: GaxIn1-xAs, GaPxAs1-x, Ga1-xAlxAs… với các phương trình tính năng lượng vùng cấm khác nhau.
Wg=1,43+1,25x.
Cịn đối với GapxAs1-x : Wg= 1,424+ 1,15.x+0,176.x2